CN110067041A - 耐磨弹性纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐磨弹性纤维及其制备方法，制备方法为：将混合物熔体从喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷制得耐磨弹性纤维，混合物熔体由两种以上组分构成，所有组分都为热塑性弹性体，分子量都相同，都由软段和硬段交替排列而成，软段的基本结构单元都相同，硬段的基本结构单元都相同，所有组分的软段含量不同，软段质量含量的最大值为50～88.9wt％，最小值为7.7～46.2wt％，缓冷的温度为T±5℃，强冷的温度为15～25℃；制得的耐磨弹性纤维中各组分按软段质量含量递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列。本发明方法简单，制得的纤维各组分间相容性好，且在提高耐磨性的同时保证了良好的力学性能，极具应用前景。
Description
技术领域
本发明属于弹性纤维技术领域，特别涉及一种耐磨弹性纤维及其制备方法。
背景技术
热塑性弹性纤维由于其采用熔融纺丝进行制备，不存在溶剂使用与回收的问题且手感柔软、耐氯耐热性能优良，深受广大消费者的喜爱，且在弹性纤维市场所占比重逐年增加。
众所周知，含有弹性纤维的机织/针织物或者以其他形式制备的制品具有良好的弹性和保形性，但是，在长时间大形变的使用过程中往往会存在某些部位磨损和变形严重，譬如膝关节、肘关节处、腋下部和大腿根部等，导致衣物表面产生凸起、走样、起毛甚至破损等问题，尤其用于运动服饰、鞋材、户外用品等情况下，与其他物体产生摩擦(如与登山帆布背包、绳子等的摩擦，或者与地面、草树的摩擦等)也会产生起毛、破裂的情况。这主要与弹性纤维在使用过程中的往复摩擦，导致纤维表面损耗、回弹性损失有关，严重影响制品的弹性、保形性和舒适性等。因此，为有效的解决这个问题，提高热塑性弹性纤维的耐磨性尤为必要。
目前，关于提高热塑性弹性体耐磨性的制备大多集中用于块体材料的制备方面，如专利CN201710362997.9、CN201810483005.2和CN201711441283.3，主要包含以下几个方面：(1)在配方上进行化学结构设计，增加弹性体的物理性能；(2)在生产上加各种助剂，如硅油等其他润滑剂降低聚合物本体的摩擦系数；(3)与其他聚合物、纤维、填料或添加剂混合改性，以改善弹性体的耐磨性。然而，与塑料等块体材料不同的是，为保证可纺性，热塑性弹性纤维在制备过程中对聚合物的物性指标(如均匀稳定性、流动性、纯净度等)要求更高，单从改变聚合物的结构或组成来提高纤维的耐磨性具有一定的局限性，如专利CN201611187409.4和CN201510449773.2通过添加玄武岩纤维、耐磨助剂等采用溶液纺丝制备耐磨性聚氨酯弹性纤维，但是在高粘度的熔体体系中，添加物很难在熔体中均匀稳定分散，进而影响纤维的性能。
事实上，结合纤维生产加工的特点，由于其采用单轴拉伸，使其在纤维轴向方向上的强度高，但对于来自与纤维轴垂直的其他方向的外力抵抗力差。同时，纤维在成型过程中由于高速牵伸往往会引起纤维表层跟芯层结构具有一定的差异，即纤维的表层的结晶及取向程度均高于芯层。由于纤维编织、使用过程中会产生弯曲、扭转、压缩等形变，纤维径向上各个部位的形变能力不同，纤维外层往往所受形变大于芯层，会发生拉伸破裂或产生挤压塑变，纤维的径向结构差异越大，会造成纤维轴向以外方向上抵抗外力能力严重下降，纤维的耐磨性降低。因此，如何改变纤维在径向方向上的梯度结构差异即减小纤维皮层的结晶取向，增加皮层的形变能力是提高纤维耐磨性的一个重要的手段。
通常情况下，在纤维制备过程实现纤维径向上的梯度结构差异，除复合纺丝外，熔融共混是一个简单有效的手段。文献“PS/PP共混熔纺纤维中分散相梯度分布研究.产业用纺织品，2013,216(09):8-12.”通过两种聚合物共混制备了具有梯度结构的PS/PP纤维，但是两种不同种类的聚合物的相容性欠佳，呈现出“海岛相”的结构特点。对于开发耐磨性纤维而言，反而是不利的。专利CN201410029723.4公开了一种功能尼龙6纤维及其制备方法，利用支链尼龙与常规尼龙同质聚合物具有良好的相容性进行熔融共混，利用支链尼龙高流动性的特点，带动功能粒子富集于纤维表面。但是，由于支链尼龙与常规尼龙的结构差异较大，会破坏纤维的规整性，反而也不利于纤维性能的提升，导致纤维的强度下降。
因此，开发一种组分相容性良好、可纺性优良且在提高耐磨性的同时依然具备良好综合性能的耐磨弹性纤维具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种组分相容性良好、可纺性优良且在提高耐磨性的同时依然具备良好综合性能的耐磨弹性纤维以及制备方法。本发明通过采用两种以上分子量和结构基本相同的热塑性弹性体作为熔体进行熔融纺丝，并控制组分中软硬段含量，在保证纤维良好强度的同时，使其皮层的结晶取向程度低于芯层，改善了由该弹性纤维制成的制品在使用过程中摩擦导致的起毛、破裂等问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
耐磨弹性纤维，由两种以上组分构成；所有组分都为热塑性弹性体，分子量都相同，都由软段和硬段交替排列而成，软段的基本结构单元都相同，硬段的基本结构单元都相同；所有组分的软段含量不同，软段质量含量的最大值为50～88.9wt％，最小值为7.7～46.2wt％，各组分按软段质量含量递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列。
由于纤维在使用过程中会产生弯曲、扭转和压缩等形变，纤维径向上各个部位的形变能力不同，纤维外层往往所受形变大于芯层，会发生拉伸破裂或产生挤压塑变，纤维的径向结构差异越大，会造成纤维轴向以外方向上抵抗外力能力严重下降，纤维的耐磨性降低。本发明采用两种以上相同种类组分的热塑性弹性体来制备耐磨纤维，一方面克服了现有技术中不同种类组分间相容性差的缺陷；另一方面，本发明通过控制各组分在纤维径向上的分布，使得各组分按软段质量含量递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列，即纤维由内向外结晶度逐渐降低，进而显著提高了纤维的耐磨性能，同时保障了纤维优良的综合性能。
作为优选的技术方案：
如上所述的耐磨弹性纤维，耐磨弹性纤维的纤度为1～500dtex，断裂强度>1.5cN/dtex，断裂伸长率为50～500％，相对打结强度>95％，相对勾结强度>95％，初始模量<5cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数>5000次。
如上所述的耐磨弹性纤维，耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织，本发明的耐磨弹性纤维的应用领域不限于此，具体还可根据实际需求进行扩大。
如上所述的耐磨弹性纤维，耐磨弹性纤维由TPEE(1)和TPEE(2)组成，TPEE(1)的质量含量为10～60wt％，含量的保护范围并不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，含量过高，纤维的强度下降严重，含量过低，不足以在外层富集，起不到抵抗外层大形变的效果；
TPEE(1)和TPEE(2)均由基本结构单元为式(I)的硬段和基本结构单元为式(II)的软段交替排列而成，具体如下：
式中，R1为n为2～8，R2为R3为m为2～4；
TPEE(1)的软段分子量为3000～6000，硬段的分子量为1500～3000，TPEE(1)的分子量为2×104～3×105；TPEE(2)的软段分子量为1000～3000，硬段分子量3500～7000，TPEE(2)的分子量为2×104～3×105。本发明对热塑性弹性体中软段及硬段长度(也即分子量)设计的目的一方面是为了保证可纺性；另一方面，在相同分子量的情况下，可实现熔体粘度差异，使得粘度低的熔体向外扩散。本发发明聚合物的分子量的保护范围并不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，分子量过低，使得纤维强度下降，分子量过高，导致熔体流动性差，挤出加工困难。
如上所述的耐磨弹性纤维，耐磨弹性纤维由TPU(1)和TPU(2)组成，TPU(1)的质量含量为10～60wt％，TPU(1)和TPU(2)均由基本结构单元为式(III)的硬段和基本结构单元为式(IV)的软段交替排列而成，式(III)如下：
式中，A为 A1为 m为2～4，A2为
式(IV)如下：
或-A4-O-；
式中，A3为A4为
TPU(1)的软段分子量为2500～4000，硬段的分子量为500～2500，TPU(1)的分子量为2×104～3×105；TPU(2)的软段分子量为500～2500，硬段分子量3000～6000，TPU(2)的分子量为2×104～3×105。
如上所述的耐磨弹性纤维，耐磨弹性纤维由TPAE(1)和TPAE(2)组成，TPAE(1)的质量含量为10％～60％，TPAE(1)和TPAE(2)均由基本结构单元为式(V)的硬段和基本结构单元为式(VI)的软段交替排列而成，式(V)如下：
式中，M1为i为5、10或11，M2为j为4、5、6、11、12或13，M3为k为4、8、9、10或11；
式(VI)如下：
-O-M4-
式中，M4为
TPAE(1)的软段分子量为3000～6000，硬段的分子量为1500～3000，TPAE(1)的分子量为2×104～3×105；TPAE(2)的软段分子量为1000～3000，硬段分子量3500～7000，TPAE(2)的分子量为2×104～3×105。
本发明还提供制备如上所述的耐磨弹性纤维的方法，将混合物熔体从喷丝孔挤出后冷却制得耐磨弹性纤维；
混合物熔体由两种以上组分构成，所有组分都为热塑性弹性体，分子量都相同，都由软段和硬段交替排列而成，软段的基本结构单元都相同，硬段的基本结构单元都相同；所有组分的软段含量不同，软段质量含量的最大值为50～88.9wt％，最小值为7.7～46.2wt％；软段含量越高，在相同分子量下，熔体的粘度低，流动性好，在喷丝孔的剪切流动以及出喷丝孔的缓冷阶段的拉伸流动中容易向外层扩散，所以会形成各组分按软段质量含量递增的顺序从纤维的内层向外层排列，进而使得所制备的弹性纤维的形变能力越强，且质地柔软，有利于提高纤维的耐磨性；本发明软段含量可通过聚合过程中的投料比进行控制，软段在纺丝加工条件下一般不结晶，软段含量越高，结晶度越低；本发明软段质量含量的最大值和最小值的保护范围并不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，只要能够保证可纺性以及实现各组分按软段质量含量递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列即可；
所述冷却是指先进行缓冷再进行强冷，缓冷的温度为T±5℃，T为纺丝温度，单位为℃，强冷的温度为15～25℃。先进行缓冷可以降低熔体从喷丝孔的冷却速率，一方面可避免快速冷却，产生皮芯结构，影响纤维的耐磨性；另一方面，在缓冷区，软段含量大的热塑性弹性体(熔体粘度低)在拉伸应力的作用下进一步向纤维外层扩散，然后再进行强冷使得软段含量高的热塑性弹性体发生一定的取向且基本不结晶，软段含量低的热塑性弹性体开始有结晶结构的形成，最终形成软段质量含量按递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列的结构。现有技术通常采用侧吹风的方式进行冷却，不利于软段含量大的热塑性弹性体向纤维外层扩散，因而不能形成软段质量含量按递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列的结构。本发明混合物熔体从喷丝孔挤出后进行冷却的方式并不限于此，只要能够实现软段质量含量按递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列均适用于本发明。本发明缓冷和强冷的温度的保护范围也不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，冷却温度过高，熔体凝固不充分，到达卷绕辊会发生粘丝，冷却温度过低，纤维皮层冷却过快，易造成纤维皮芯差异，径向不匀。
作为优选的技术方案：
如上所述的方法，所述混合物熔体的温度为150～260℃，混合物熔体的温度设置在此范围内的目的是保证熔体能够正常挤出，但保护范围并不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，熔体温度过高，易发生降解，熔体温度过低，流动性差，挤出困难，所述喷丝孔的长径比为1.5～2，喷丝孔的长径比在此范围内的目的是保证熔体在喷丝孔具有良好的剪切作用。
如上所述的方法，缓冷区的长度为10～15cm，纺丝温度为150～260℃，强冷采用环吹风冷却的方式。
如上所述的方法，所述冷却后进行多级拉伸，总拉伸倍数为3～15倍，总拉伸倍数设置在此范围内的目的是使纤维具有良好的取向，保证纤维的强度，但保护范围并不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，总拉伸倍数过低，取向不充分，强度低，总拉伸倍数过高，易产生毛丝，拉伸级数为3～5，拉伸级数设置在此范围内的目的是减小纤维在拉伸过程中的形变速率，使得纤维内外层产生均匀形变，有利于减小结构缺陷，采用多级拉伸可以降低丝条上的拉伸应变速率，减小丝条上的径向不匀，可提高纤维的耐磨性。
发明机理：
本发明采用分子量相同、结构式基本相同但软硬段含量不同的两种以上的热塑性弹性体组分进行共混熔融纺丝成形，结构式基本相同可以保证各组分具有优良的相容性，进而保障纤维的力学性能，在分子量相近的情况下，软段含量高、硬段含量低的热塑性弹性体由于分子链的柔性好，熔融后熔体粘度低，在纺丝过程中，其在管道及喷丝孔的剪切流动以及熔体出喷丝孔后的缓冷区形成的拉伸流动中会倾向于往纤维外层流动，软段含量高、硬段含量低的热塑性弹性体集中于纤维的外层，而软段含量低、硬段含量高的热塑性弹性体集中于纤维的内层。由于热塑性弹性体中软段在正常纺丝加工条件下不结晶，这样软段含量高、硬段含量低的热塑性弹性体在纤维的表层具有较大的形变能力，而软段含量低、硬段含量高的热塑性弹性体在纤维的芯层具有较高的结晶取向程度，可以起到支撑的作用，保证纤维的自身强度，因而最终制得的耐磨弹性纤维兼具耐磨性能和优良的力学性能。
有益效果：
(1)本发明的耐磨弹性纤维的制备方法，工艺简单，通过对热塑性弹性体中各组分的软硬段含量的调控，可实现不同软硬段含量的热塑性弹性体在纤维中呈梯度分布，同时，降低了纤维表层的结晶取向程度，为纤维在压缩、扭转和弯曲过程中提供了大的变形能力，提高纤维的耐磨性；
(2)本发明的耐磨弹性纤维，各组分间的相容性好，且在提高耐磨性的同时保证了综合力学性能，并可广泛应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织，极具应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为220℃的由TPEE(1)和TPEE(2)组成的混合物熔体从长径比为1.5的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为215℃，强冷的温度为18℃，缓冷区的长度为10cm，纺丝温度为220℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为10倍，拉伸级数为5。
混合物熔体中TPEE(1)的质量含量为10wt％，TPEE(1)和TPEE(2)均由基本结构单元为式(I)的硬段和基本结构单元为式(II)的软段交替排列而成，具体如下：
式中，R1为n为2，R2为R3为m为2；
TPEE(1)的软段的平均分子量为6000，硬段的平均分子量为3000，TPEE(1)的分子量为3×105；TPEE(2)的软段的平均分子量为3000，硬段的平均分子量为7000，TPEE(2)的分子量为3×105。TPEE(1)和TPEE(2)的软段质量含量分别为66.7wt％和30wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为500dtex，断裂强度为2.5cN/dtex，断裂伸长率为80％，相对打结强度为95.1％，相对勾结强度为95.1％，初始模量为4.99cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为5200次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
对比例1
一种耐磨弹性纤维的制备方法，具体步骤与实施例1基本一致，不同的是无缓冷工序。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为500dtex，断裂强度为1cN/dtex，断裂伸长率为49％，相对打结强度为85％，相对勾结强度为87％，初始模量为12cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为2900次。
将对比例1与实施例1对比可知，本发明通过采用先缓冷后强冷的冷却方式，避免纤维产生皮芯结构，形成软段质量含量按递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列的结构，极大的提高了纤维的耐磨性且综合力学性能优良。
对比例2
一种耐磨弹性纤维的制备方法，具体步骤与实施例1基本一致，不同的是TPEE(1)和TPEE(2)的软段质量含量分别为90.3wt％和53.8wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为500dtex，断裂强度为0.7cN/dtex，断裂伸长率为45％，相对打结强度为82％，相对勾结强度为84％，初始模量为12cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为1900次。
将对比例2与实施例1对比可知，本发明通过控制TPEE(1)和TPEE(2)软段的质量含量，进而控制纤维径向梯度分布方式，使得硬段含量低、软段含量高的热塑性弹性体集中于纤维的外层，而硬段含量高、软段含量低的热塑性弹性体集中于纤维的内层，由于热塑性弹性体中软段在正常纺丝加工条件下不结晶，这样软段含量高、硬段含量低的热塑性弹性体在纤维的表层具有较大的形变能力，而软段含量低、硬段含量高的热塑性弹性体在纤维的芯层具有较高的结晶取向程度，可以起到支撑的作用，保证纤维的自身强度，并且极大的提高了纤维的耐磨性。
实施例2
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为150℃的由TPEE(1)和TPEE(2)组成的混合物熔体从长径比为1.5的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为145℃，强冷的温度为25℃，缓冷区的长度为15cm，纺丝温度为150℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为3倍，拉伸级数为4。
混合物熔体中TPEE(1)的质量含量为40wt％，TPEE(1)和TPEE(2)均由基本结构单元为式(I)的硬段和基本结构单元为式(II)的软段交替排列而成，式(I)和式(II)的结构式基本同实施例1，不同的是，式中，R1为R2为R3为m为3；
TPEE(1)的软段的平均分子量为3000，硬段的平均分子量为1500，TPEE(1)的分子量为2×104；TPEE(2)的软段的平均分子量为1000，硬段的平均分子量为3500，TPEE(2)的分子量为2×104。TPEE(1)和TPEE(2)的软段质量含量分别为66.7wt％和22.2wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为300dtex，断裂强度为1.51cN/dtex，断裂伸长率为50％，相对打结强度为95.2％，相对勾结强度为96％，初始模量为3.5cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为5500次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例3
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为180℃的由TPEE(1)和TPEE(2)组成的混合物熔体从长径比为2的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为180℃，强冷的温度为15℃，缓冷区的长度为10cm，纺丝温度为180℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为6倍，拉伸级数为4。
混合物熔体中TPEE(1)的质量含量为50wt％，TPEE(1)和TPEE(2)均由基本结构单元为式(I)的硬段和基本结构单元为式(II)的软段交替排列而成，式(I)和式(II)的结构式基本同实施例1，不同的是，式中，R1为n为8，R2为R3为m为3；
TPEE(1)的软段的平均分子量为4000，硬段的平均分子量为2000，TPEE(1)的分子量为3×104；TPEE(2)的软段的平均分子量为2500，硬段的平均分子量为4500，TPEE(2)的分子量为3×104。TPEE(1)和TPEE(2)的软段质量含量分别为66.7wt％和35.7wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为1dtex，断裂强度为1.55cN/dtex，断裂伸长率为120％，相对打结强度为98％，相对勾结强度为97％，初始模量为3.2cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为5800次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例4
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为230℃的由TPEE(1)和TPEE(2)组成的混合物熔体从长径比为1.6的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为228℃，强冷的温度为15℃，缓冷区的长度为12cm，纺丝温度为230℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为15倍，拉伸级数为3。
混合物熔体中TPEE(1)的质量含量为60wt％，TPEE(1)和TPEE(2)均由基本结构单元为式(I)的硬段和基本结构单元为式(II)的软段交替排列而成，式(I)和式(II)的结构式基本同实施例1，不同的是，式中，R1为n为5，R2为R3为
TPEE(1)的软段的平均分子量为5000，硬段的平均分子量为2000，TPEE(1)的分子量为8×104；TPEE(2)的软段的平均分子量为2800，硬段的平均分子量为6000，TPEE(2)的分子量为8×104。TPEE(1)和TPEE(2)的软段质量含量分别为71.4wt％和31.8wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为10dtex，断裂强度为1.8cN/dtex，断裂伸长率为180％，相对打结强度为96.3％，相对勾结强度为95.7％，初始模量为4cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为6500次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例5
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为160℃的由TPU(1)和TPU(2)组成的混合物熔体从长径比为1.8的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为163℃，强冷的温度为18℃，缓冷区的长度为12cm，纺丝温度为160℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为10倍，拉伸级数为5。
混合物熔体中TPU(1)的质量含量为25wt％，TPU(1)和TPU(2)均由基本结构单元为式(III)的硬段和基本结构单元为式(IV)的软段交替排列而成，式(III)如下：
式中，A为A1为m为4，A2为
式(IV)如下：
或-A4-O-；
式(IV)中，A3为A4为
TPU(1)的软段的平均分子量为2500，硬段的平均分子量为2500，TPU(1)的分子量为2.5×104；TPU(2)的软段的平均分子量为500，硬段的平均分子量6000，TPU(2)的分子量为2.5×104。TPU(1)和TPU(2)的软段质量含量分别为50wt％和7.7wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为320dtex，断裂强度为1.8cN/dtex，断裂伸长率为430％，相对打结强度为95.8％，相对勾结强度为96.2％，初始模量为2.8cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为5700次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例6
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为180℃的由TPU(1)和TPU(2)组成的混合物熔体从长径比为2的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为180℃，强冷的温度为19℃，缓冷区的长度为12cm，纺丝温度为180℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为8倍，拉伸级数为4。
混合物熔体中TPU(1)的质量含量为10wt％，TPU(1)和TPU(2)均由基本结构单元为式(III)的硬段和基本结构单元为式(IV)的软段交替排列而成，式(III)的结构式基本同实施例5，不同的是，式中，A为A1为m为2，A2为式(IV)的结构式基本同实施例5，不同的是，式中，A3为A4为
TPU(1)的软段的平均分子量为4000，硬段的平均分子量为500，TPU(1)的分子量为9.5×104；TPU(2)的软段的平均分子量为2500，硬段的平均分子量3000，TPU(2)的分子量为9.5×104。TPU(1)和TPU(2)的软段质量含量分别为88.9wt％和45.5wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为200dtex，断裂强度为1.6cN/dtex，断裂伸长率为300％，相对打结强度为95.6％，相对勾结强度为95.7％，初始模量为3.8cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为5500次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例7
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为240℃的由TPU(1)和TPU(2)组成的混合物熔体从长径比为1.7的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为245℃，强冷的温度为20℃，缓冷区的长度为11cm，纺丝温度为240℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为8倍，拉伸级数为5。
混合物熔体中TPU(1)的质量含量为50wt％，TPU(1)和TPU(2)均由基本结构单元为式(III)的硬段和基本结构单元为式(IV)的软段交替排列而成，式(III)的结构式基本同实施例5，不同的是，式中，A为A1为m为3，A2为式(IV)的结构式基本同实施例5，不同的是，式中，A3为A4为
TPU(1)的软段的平均分子量为3000，硬段的平均分子量为1500，TPU(1)的分子量为3×105；TPU(2)的软段的平均分子量为1500，硬段的平均分子量4000，TPU(2)的分子量为3×105。TPU(1)和TPU(2)的软段质量含量分别为66.7wt％和27.3wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为12dtex，断裂强度为1.85cN/dtex，断裂伸长率为160％，相对打结强度为96.7％，相对勾结强度为95.6％，初始模量为2.9cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为5300次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例8
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为260℃的由TPU(1)和TPU(2)组成的混合物熔体从长径比为1.7的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为258℃，强冷的温度为22℃，缓冷区的长度为13cm，纺丝温度为260℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为10倍，拉伸级数为3。
混合物熔体中TPU(1)的质量含量为60wt％，TPU(1)和TPU(2)均由基本结构单元为式(III)的硬段和基本结构单元为式(IV)的软段交替排列而成，式(III)的结构式基本同实施例5，不同的是，式中，A为A1为A2为式(IV)的结构式基本同实施例5，不同的是，式中，A3为A4为
TPU(1)的软段的平均分子量为3000，硬段的平均分子量为2400，TPU(1)的分子量为9.8×104；TPU(2)的软段的平均分子量为2000，硬段的平均分子量5000，TPU(2)的分子量为9.8×104。TPU(1)和TPU(2)的软段质量含量分别为55.6wt％和28.6wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为210dtex，断裂强度为1.62cN/dtex，断裂伸长率为500％，相对打结强度为96％，相对勾结强度为96.4％，初始模量为3.8cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为6200次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例9
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为195℃的由TPU(1)和TPU(2)组成的混合物熔体从长径比为1.9的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为200℃，强冷的温度为23℃，缓冷区的长度为13cm，纺丝温度为195℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为11倍，拉伸级数为3。
混合物熔体中TPU(1)的质量含量为35wt％，TPU(1)和TPU(2)均由基本结构单元为式(III)的硬段和基本结构单元为式(IV)的软段交替排列而成，式(III)的结构式基本同实施例5，不同的是，式中，A为A1为A2为式(IV)的结构式基本同实施例5，不同的是，式中，A3为A4为
TPU(1)的软段的平均分子量为2000，硬段的平均分子量为2000，TPU(1)的分子量为7×104；TPU(2)的软段的平均分子量为2000，硬段的平均分子量4000，TPU(2)的分子量为7×104。TPU(1)和TPU(2)的软段质量含量分别为50wt％和33.3wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为240dtex，断裂强度为1.52cN/dtex，断裂伸长率为350％，相对打结强度为96.7％，相对勾结强度为97％，初始模量为3.8cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为6000次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例10
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为150℃的由TPU(1)和TPU(2)组成的混合物熔体从长径比为1.9的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为155℃，强冷的温度为24℃，缓冷区的长度为10cm，纺丝温度为150℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为11倍，拉伸级数为4。
混合物熔体中TPU(1)的质量含量为20wt％，TPU(1)和TPU(2)均由基本结构单元为式(III)的硬段和基本结构单元为式(IV)的软段交替排列而成，式(III)的结构式基本同实施例5，不同的是，式中，A为A1为A2为式(IV)的结构式基本同实施例5，不同的是，式中，A3为A4为
TPU(1)的软段的平均分子量为3500，硬段的平均分子量为2000，TPU(1)的分子量为2×104；TPU(2)的软段的平均分子量为2000，硬段的平均分子量3000，TPU(2)的分子量为2×104。TPU(1)和TPU(2)的软段质量含量分别为63.6wt％和40wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为40dtex，断裂强度为1.51cN/dtex，断裂伸长率为65％，相对打结强度为96.2％，相对勾结强度为95.7％，初始模量为4.9cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为5200次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例11
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为190℃的由TPAE(1)和TPAE(2)组成的混合物熔体从长径比为1.8的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为190℃，强冷的温度为23℃，缓冷区的长度为10cm，纺丝温度为190℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为5倍，拉伸级数为5。
混合物熔体中TPAE(1)的质量含量为10％，TPAE(1)和TPAE(2)均由基本结构单元为式(V)的硬段和基本结构单元为式(VI)的软段交替排列而成，式(V)如下：
式中，M1为i为5，M2为j为4，M3为k为4；
式(VI)如下：
-O-M4-
式中，M4为
TPAE(1)的软段的平均分子量为5000，硬段的平均分子量为1500，TPAE(1)的分子量为5×104；TPAE(2)的软段的平均分子量为1000，硬段的平均分子量3500，TPAE(2)的分子量为5×104。TPAE(1)和TPAE(2)的软段质量含量分别为76.9wt％和22.2wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为300dtex，断裂强度为1.6cN/dtex，断裂伸长率为400％，相对打结强度为95.6％，相对勾结强度为96.7％，初始模量为4.0cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为5500次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例12
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为210℃的由TPAE(1)和TPAE(2)组成的混合物熔体从长径比为2的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为210℃，强冷的温度为15℃，缓冷区的长度为12cm，纺丝温度为210℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为6倍，拉伸级数为3。
混合物熔体中TPAE(1)的质量含量为30％，TPAE(1)和TPAE(2)均由基本结构单元为式(V)的硬段和基本结构单元为式(VI)的软段交替排列而成，式(V)结构基本同实施例11，不同的是，式中，M1为i为10，M2为j为5，M3为k为8；式(VI)基本同实施例11，不同的是，式中，M4为
TPAE(1)的软段的平均分子量为3000，硬段的平均分子量为3000，TPAE(1)的分子量为2×104；TPAE(2)的软段的平均分子量为3000，硬段的平均分子量4500，TPAE(2)的分子量为2×104。TPAE(1)和TPAE(2)的软段质量含量分别为50wt％和40wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为120dtex，断裂强度为1.7cN/dtex，断裂伸长率为350％，相对打结强度为96.6％，相对勾结强度为96％，初始模量为3.5cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为6200次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例13
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为230℃的由TPAE(1)和TPAE(2)组成的混合物熔体从长径比为1.5的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为225℃，强冷的温度为25℃，缓冷区的长度为15cm，纺丝温度为230℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为9倍，拉伸级数为4。
混合物熔体中TPAE(1)的质量含量为60％，TPAE(1)和TPAE(2)均由基本结构单元为式(V)的硬段和基本结构单元为式(VI)的软段交替排列而成，式(V)结构基本同实施例11，不同的是，式中，M1为i为11，M2为j为6，M3为k为9；式(VI)基本同实施例11，不同的是，式中，M4为
TPAE(1)的软段的平均分子量为6000，硬段的平均分子量为3000，TPAE(1)的分子量为9×104；TPAE(2)的软段的平均分子量为3000，硬段的平均分子量7000，TPAE(2)的分子量为9×104。TPAE(1)和TPAE(2)的软段质量含量分别为66.7wt％和30wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为100dtex，断裂强度为1.52cN/dtex，断裂伸长率为130％，相对打结强度为95.3％，相对勾结强度为95.8％，初始模量为4.6cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为5300次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例14
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为260℃的由TPAE(1)和TPAE(2)组成的混合物熔体从长径比为1.8的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为265℃，强冷的温度为20℃，缓冷区的长度为13cm，纺丝温度为260℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为15倍，拉伸级数为4。
混合物熔体中TPAE(1)的质量含量为25％，TPAE(1)和TPAE(2)均由基本结构单元为式(V)的硬段和基本结构单元为式(VI)的软段交替排列而成，式(V)结构基本同实施例11，不同的是，式中，M1为i为5，M2为j为11，M3为k为10；式(VI)基本同实施例11，不同的是，式中，M4为
TPAE(1)的软段的平均分子量为3000，硬段的平均分子量为1500，TPAE(1)的分子量为3×105；TPAE(2)的软段的平均分子量为1000，硬段的平均分子量7000，TPAE(2)的分子量为3×105。TPAE(1)和TPAE(2)的软段质量含量分别为66.7wt％和12.5wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为1dtex，断裂强度为1.63cN/dtex，断裂伸长率为500％，相对打结强度为96.3％，相对勾结强度为97％，初始模量为4.3cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为5500次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例15
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为235℃的由TPAE(1)和TPAE(2)组成的混合物熔体从长径比为1.6的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为232℃，强冷的温度为17℃，缓冷区的长度为11cm，纺丝温度为235℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为3倍，拉伸级数为5。
混合物熔体中TPAE(1)的质量含量为50％，TPAE(1)和TPAE(2)均由基本结构单元为式(V)的硬段和基本结构单元为式(VI)的软段交替排列而成，式(V)结构基本同实施例11，不同的是，式中，M1为i为10，M2为j为12，M3为k为11；式(VI)基本同实施例11，不同的是，式中，M4为
TPAE(1)的软段的平均分子量为5000，硬段的平均分子量为2500，TPAE(1)的分子量为8×104；TPAE(2)的软段的平均分子量为3000，硬段的平均分子量3500，TPAE(2)的分子量为8×104。TPAE(1)和TPAE(2)的软段质量含量分别为66.7wt％和46.2wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为4dtex，断裂强度为2.9cN/dtex，断裂伸长率为50％，相对打结强度为95.3％，相对勾结强度为95.5％，初始模量为4.2cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为5900次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
实施例16
耐磨弹性纤维的制备方法，将温度为165℃的由TPAE(1)和TPAE(2)组成的混合物熔体从长径比为1.8的喷丝孔挤出后先进行缓冷再进行强冷后再经多级拉伸制得耐磨弹性纤维，缓冷的温度为163℃，强冷的温度为21℃，缓冷区的长度为10cm，纺丝温度为165℃，强冷采用环吹风冷却的方式，总拉伸倍数为10倍，拉伸级数为4。
混合物熔体中TPAE(1)的质量含量为45％，TPAE(1)和TPAE(2)均由基本结构单元为式(V)的硬段和基本结构单元为式(VI)的软段交替排列而成，式(V)结构基本同实施例11，不同的是，式中，M1为i为11，M2为j为13，M3为k为4；式(VI)基本同实施例11，不同的是，式中，M4为
TPAE(1)的软段的平均分子量为6000，硬段的平均分子量为1500，TPAE(1)的分子量为5×104；TPAE(2)的软段的平均分子量为1200，硬段的平均分子量4000，TPAE(2)的分子量为5×104。TPAE(1)和TPAE(2)的软段质量含量分别为80wt％和23.1wt％。
制得的耐磨弹性纤维的纤度为65dtex，断裂强度为1.66cN/dtex，断裂伸长率为130％，相对打结强度为97.6％，相对勾结强度为96.8％，初始模量为3.6cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数为6100次。耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
Claims (10)
1.耐磨弹性纤维，其特征是：由两种以上组分构成；所有组分都为热塑性弹性体，分子量都相同，都由软段和硬段交替排列而成，软段的基本结构单元都相同，硬段的基本结构单元都相同；所有组分的软段含量不同，软段质量含量的最大值为50～88.9wt％，最小值为7.7～46.2wt％，各组分按软段质量含量递增的顺序从耐磨弹性纤维的内层向外层排列。
2.根据权利要求1所述的耐磨弹性纤维，其特征在于，耐磨弹性纤维的纤度为1～500dtex，断裂强度>1.5cN/dtex，断裂伸长率为50～500％，相对打结强度>95％，相对勾结强度>95％，初始模量<5cN/dtex，由耐磨弹性纤维制得的织物按ASTMD3884耐磨试验方法测得的耐磨耗次数>5000次。
3.根据权利要求1所述的耐磨弹性纤维，其特征在于，耐磨弹性纤维应用于机织物、针织物、无纺布或者与其他纤维混纺或交织。
4.根据权利要求1所述的耐磨弹性纤维，其特征在于，耐磨弹性纤维由TPEE(1)和TPEE(2)组成，TPEE(1)的质量含量为10～60wt％，TPEE(1)和TPEE(2)均由基本结构单元为式(I)的硬段和基本结构单元为式(II)的软段交替排列而成，具体如下：
式中，R1为n为2～8，R2为R3为m为2～4；
TPEE(1)的软段分子量为3000～6000，硬段的分子量为1500～3000，TPEE(1)的分子量为2×104～3×105；TPEE(2)的软段分子量为1000～3000，硬段分子量3500～7000，TPEE(2)的分子量为2×104～3×105。
5.根据权利要求1所述的耐磨弹性纤维，其特征在于，耐磨弹性纤维由TPU(1)和TPU(2)组成，TPU(1)的质量含量为10～60wt％，TPU(1)和TPU(2)均由基本结构单元为式(III)的硬段和基本结构单元为式(IV)的软段交替排列而成，式(III)如下：
式中，A为 A1为 m为2～4，A2为
式(IV)如下：
式中，A3为A4为
TPU(1)的软段分子量为2500～4000，硬段的分子量为500～2500，TPU(1)的分子量为2×104～3×105；TPU(2)的软段分子量为500～2500，硬段分子量3000～6000，TPU(2)的分子量为2×104～3×105。
6.根据权利要求1所述的耐磨弹性纤维，其特征在于，耐磨弹性纤维由TPAE(1)和TPAE(2)组成，TPAE(1)的质量含量为10％～60％，TPAE(1)和TPAE(2)均由基本结构单元为式(V)的硬段和基本结构单元为式(VI)的软段交替排列而成，式(V)如下：
式中，M1为i为5、10或11，M2为j为4、5、6、11、12或13，M3为k为4、8、9、10或11；
式(VI)如下：
-O-M4-
式中，M4为
TPAE(1)的软段分子量为3000～6000，硬段的分子量为1500～3000，TPAE(1)的分子量为2×104～3×105；TPAE(2)的软段分子量为1000～3000，硬段分子量3500～7000，TPAE(2)的分子量为2×104～3×105。
7.制备如权利要求1～6任一项所述的耐磨弹性纤维的方法，其特征是：将混合物熔体从喷丝孔挤出后冷却制得耐磨弹性纤维；
混合物熔体由两种以上组分构成，所有组分都为热塑性弹性体，分子量都相同，都由软段和硬段交替排列而成，软段的基本结构单元都相同，硬段的基本结构单元都相同；所有组分的软段含量不同，软段质量含量的最大值为50～88.9wt％，最小值为7.7～46.2wt％；
所述冷却是指先进行缓冷再进行强冷，缓冷的温度为T±5℃，T为纺丝温度，单位为℃，强冷的温度为15～25℃。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述混合物熔体的温度为150～260℃，所述喷丝孔的长径比为1.5～2。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，缓冷区的长度为10～15cm，纺丝温度为150～260℃，强冷采用环吹风冷却的方式。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述冷却后进行多级拉伸，总拉伸倍数为3～15倍，拉伸级数为3～5。
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- 2019-01-28 CN CN201910078299.5A patent/CN110067041B/zh active Active
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